KR20220148087A - 하전 입자 빔 시스템 - Google Patents

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Abstract

화상 취득(계측(측장))의 스루풋의 향상을 유지하면서, 고품질의 화상을 취득한다.
본 개시는, 하전 입자선 장치와, 당해 하전 입자선 장치를 제어하는 컴퓨터 시스템을 구비하는 하전 입자 빔 시스템이며, 하전 입자선 장치는, 대물 렌즈와, 시료대와, 대물 렌즈와 시료대 사이에 배치되며, 시료에 조사하는 하전 입자 빔의 초점을 조정하는 반사 전자 검출기를 구비하고, 컴퓨터 시스템은, 반사 전자 검출기에 인가하는 전압의 변화에 대응하여, 시료상의 전계값을 조정하는, 하전 입자 빔 시스템을 제공한다.

Description

하전 입자 빔 시스템{CHARGED PARTICLE BEAM SYSTEM}
본 개시는, 하전 입자 빔 시스템에 관한 것이다.
하전 입자선 장치에서는, 특수한 금속에 고전압을 인가하여, 하전 입자(전자나 이온)를 발생시킨다. 이 금속을 칩 또는 이미터, 하전 입자가 전자인 경우, 이 발생 장치를 전자총이라 한다. 발생한 하전 입자를 구부리거나, 빔 직경이나 초점을 변화시키거나 하기 위해, 편향기나 콘덴서 렌즈와 같은 광학계를 배치한다. 하전 입자 빔을 주사하면서 시료에 조사함으로써, 시료로부터 하전 입자를 발생시킨다. 시료로부터 발생하는 하전 입자에는, 전자선의 경우, 2차 전자나 반사 전자(후방 산란 전자)가 있다. 이에 대해 시료에 조사하는 전자를 1차 전자라 한다. 2차 전자나 반사 전자(후방 산란 전자)를 ET 검출기와 같은 방사선 검출기로 검출한다. 검출 신호를 신호 처리 장치에서 증폭 후, ADC(Analog to Digital Converter)를 사용하여 디지털 신호로 변환하여, 화상으로서 출력한다.
반사 전자상은, 시료의 조성이나 요철 정보를 얻는 데 적합하다. 근년, 반도체 분야에서는, 미세화에 더해 고애스펙트화가 진행되고 있으며, 예를 들어 3D NAND 디바이스의 심공 구조나 심홈 구조를 계측하는 요구가 높아지고 있다. 고가속 SEM의 반사 전자상에서는, 이와 같은 고애스펙트 구조를 계측하는 것이 가능한 것이, 알려져 있다. 반사 전자를 효과적으로 검출하기 위해서는, 시료 표면에서 산란되어 고각으로 튀어나오는 고에너지의 탄성 산란 전자와 시료 심부에서 발생하여 저각으로 튀어나오는 비교적 저에너지의 비탄성 산란 전자를 도입할 필요가 있다. 그 때문에, 반사 전자 검출기는, 시료의 바로 위에 배치되는 것이 바람직하다. 보통, 1차 전자와 2차 전자를 통과시키기 위한 개구(구멍)를 갖고, 형상은 애뉼러형인 것이 많다. 또한, 극고각의 거의 에너지를 상실하지 않고 시료로부터 발생한 반사 전자를 검출하기 위해, 칼럼 내부의 대물 렌즈 상방에 반사 전자 검출기를 배치하는 경우도 있다.
2차 전자상은, 시료 표면에서 발생한 전자를 기초로 생성된 화상이기 때문에, 시료 표면 부근의 상태에 민감하다. 이 때문에, 절연체와 같은 도전성이 없는 시료의 경우, 2차 전자상은 대전(차지 업)의 영향을 받기 쉽다. 대전이 일어난 경우의 영향은 크게 나누어 2종류가 있음이 알려져 있다. 하나는, 1차 전자 빔이 대전에 의해 편향을 받을만큼 현저한 경우로, 비교적 높은 가속 전압을 사용한 경우에 관찰된다. 또 하나는, 절연체를 저가속으로 관찰한 경우에 일어나는 것이며, 이상한 콘트라스트가 발생하는 경우이다. 시료가 대전되면, 표면 부근에 마이너스 전하가 축적되기 때문에, 화상이 부분적으로 밝아지거나, 어두워지거나 한다. 밝아지는 것은, 마이너스 전하에 의해 반발하여 가속된 2차 전자의 영향이며, 어두워지는 것은, 마이너스 전하에 의해 궤도가 구부러져, 검출기에 입사하지 않는 2차 전자가 발생하기 때문이다.
시료에 따라, 대전을 거의 제로의 상태로 해 두고 싶은 경우도 있고, 부전위나 정전위로 굳이 대전시키고 싶은 경우도 있다. 어느 경우도, 의도치 않은 대전이 발생하는 것 자체도 문제이지만, 그 대전 상태를 제어할 수 없는 것이 가장 문제가 된다.
특허문헌 1에 설명되어 있는 바와 같이, 시료상 전계를 조정함으로써, 2차 전자의 궤도, 에너지, 일드(유출하는 전하량)나 시료로 되돌아가는 2차 전자의 양(유입하는 전하량)을 변화시켜, 대전 상태를 제어하는 방법이 있다. 특허문헌 1에서는 「검사 시료측에 대전 제어 전극」을 설치하고, 「시료의 대전 상태에 따라서, 대전 제어 전극」에 「일정한 전압을 인가함으로써, 검사 전에 형성한 시료 표면의 대전 상태」의 변화를 억제하고 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 대물 렌즈와 시료 사이에 「제어 전극을 부가」하고, 그것에 대해 「제어 전압 전원」에 의해 전압을 인가하여, 「시료 표면의 전계를 임의로 제어하는」 구성이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3에서는, 「자기 정전 대물 렌즈」와 「시료 스테이지」 사이에 「프록시 전극」을 배치하고, 「감속 전계형 장치 또는 감속 전계형 렌즈의 일부로서, 1차 빔을 감속시키기 위해 사용」하거나, 「2차 입자에 대한 추출장 강도를 제어」하거나 하는 장치가 기재되어 있다.
특허문헌 2에서 대전 제어의 원리에 대해 설명되어 있는 바와 같이, 정전 전극과 시료 사이에 제어 전극을 배치한 경우, 제어 전극과 시료대가 동전위이면, 시료상 전계는 제로로 되고, 제어 전극과 정전 전극이 동전위이면, 시료상 전계는 제어 전극이 없는 경우와 거의 다름없다. 따라서, 그 중간값으로 제어 전극 전위를 설정함으로써, 그 사이의 임의의 시료상 전계를 만드는 것이 가능하다.
한편, 높은 배율로 시료의 구조나 재질을 명료하게 관찰하기 위해서는, 1차 전자의 초점이 적절하게 조정되어 있을 필요가 있다. 보통, 자장 렌즈인 대물 렌즈가 1차 전자 빔의 초점 조정에 사용된다. 대물 렌즈의 방식에는, 아웃 렌즈 방식, 인 렌즈 방식, 세미 인 렌즈(스노클 렌즈) 방식 등이 있다. 이 정전 렌즈를 사용하여 1차 전자의 초점을 조정하는 것도 가능하다. 저가속 SEM에서는, 칼럼 내의 부스터에 정전압을 인가, 혹은 시료대에 부전압을 인가하여(리타딩), 감속 광학계를 만듦으로써, 정전 렌즈의 효과가 얻어진다. 대물 렌즈와 비교하여, 정전 렌즈는 조정 가능 범위는 떨어지지만, 고속으로 응답시킬 수 있다. 오늘날의 반도체 계측 장치나 반도체 검사 장치에서는, 단위 시간당의 계측·검사수인 스루풋이라 불리는 지표가 중요시되고 있으며, 대물 렌즈와 정전 렌즈를 병용함으로써, 스루풋을 향상시킬 수 있다.
이 점에서, 특허문헌 4에 의하면, 대물 렌즈가 세미 인 렌즈 방식인 경우, 정전 포텐셜과 자속 밀도 분포가 겹치는 경우에 정전 전극의 초점 보정 감도가 향상된다. 자속 밀도의 피크(최대점)는 대물 렌즈 선단으로부터 수㎜의 장소(대물 렌즈 주면 부근)에 위치하므로, 정전 전극은 대물 렌즈의 바로 아래에 둘 필요가 있다. 즉, 대물 렌즈와 시료 사이의, 기껏해야 5㎜ 정도의 공간에 정전 전극을 배치할 필요가 발생한다. 그러나, 여기에는, 최저라도 2㎜의 두께를 갖는 반사 전자 검출기가 배치되어, 공간적인 여유가 없다. 이 때문에, 반사 전자 검출기에 전압을 인가하여, 정전 전극으로서의 역할을 부여하여, 스루풋 향상에 기여하는 것으로 하고 있다.
일본 특허 공개 제2013-33739호 공보 일본 특허 공개 제2000-133194호 공보 일본 특허 공개 제2017-37843호 공보 국제 공개 번호 WO2020/008492A1
특허문헌 4에서는, 대물 렌즈 주면 위치에 배치된 정전 전극(반사 전자 검출기(104))에는, 일반적으로, 0V 내지 +1000V 정도의 전압이 인가되고, 시료대에는, -100V 내지 0V 정도의 전압이 인가된다. 이 경우, 정전 전극과 시료는 매우 가까운 거리에 존재하므로, 시료상 전계의 변동이 심해진다(시료상 전계(전장)에 교란이 발생한다). 이 때문에, 이와 같은 계에서는, 시료의 대전 상태가 크게 변화될 수 있다. 화상 콘트라스트가 대전에 민감한 경우(예를 들어, 2차 전자상 등), 측장 성능·측장 재현성에 악영향을 미쳐 버릴 가능성이 있다. 따라서, 시료상 전계(전장)의 변동(교란)을 보정할 필요가 있다. 또한, 대물 렌즈 상방 혹은 내부에 정전 전극(부스터)을 배치하는 경우, 시료상 전계의 변동은 작다. 따라서, 이 과제는, 세미 인 렌즈 방식으로 정전 초점 보정을 행하는 경우에 특유의 과제이다.
본 개시는, 이와 같은 상황을 감안하여, 화상 취득(계측(측장))의 스루풋의 향상을 유지하면서, 고품질의 화상을 취득하는 기술을 제안한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 개시에 의한 실시 형태는, 하전 입자선 장치와, 당해 하전 입자선 장치를 제어하는 컴퓨터 시스템을 구비하는 하전 입자 빔 시스템이며, 하전 입자선 장치는, 대물 렌즈와, 시료대와, 대물 렌즈와 시료대 사이에 배치되며, 시료에 조사하는 하전 입자 빔의 초점을 조정하는 반사 전자 검출기를 구비하고, 컴퓨터 시스템은, 반사 전자 검출기에 인가하는 전압의 변화에 대응하여, 시료상의 전계값을 조정하는, 하전 입자 빔 시스템을 제공한다.
본 개시에 관련되는 또 다른 특징은, 본 명세서의 기술, 첨부 도면으로부터 명백해지는 것이다. 또한, 본 개시의 양태는, 요소 및 다양한 요소의 조합 및 이후의 상세한 기술과 첨부되는 특허 청구 범위의 양태에 의해 달성되어 실현된다.
본 명세서의 기술은 전형적인 예시에 지나지 않고, 본 개시의 특허 청구 범위 또는 적용예를 어떤 의미에 있어서도 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 개시에 의한 반도체 계측 시스템(하전 입자 빔 시스템이라고도 함)(10)의 전체 개략 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 의한, 2차 전자 및 반사 전자의 검출을 실현하는 구성예를 도시하는 도면이다.
도 3은 정전 전극(반사 전자 검출기(104)) 및 시료대(105)의 각 위치에 대응하는, 계의 정전 포텐셜(축상 전위)을 도시하는 도면이다.
도 4는 제2 실시 형태에 의한, 2차 전자 및 반사 전자의 검출을 실현하는 구성예를 도시하는 도면이다.
도 5는 정전 전극(반사 전자 검출기(104)), 대전 제어 전극(106), 및 시료대(105)의 각 위치에 대응하는, 계의 정전 포텐셜(축상 전위)을 도시하는 도면이다.
도 6은 대전 제어 전극(106)의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7은 다양한 대전 제어 전극(106)의 두께 t에 대한, 내경 r과 축상 전장 E의 관계를 도시한다.
도 8은 대전 제어 전극(106)의 두께 t/대전 제어 전극(106)의 내경 r과 축상 전장 E의 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 반도체 검출기(110)를 대물 렌즈(103)와 시료대(105) 사이에 배치한 구성예를 도시하는 도면이다.
도 10은 반사 전자 검출기(104)로서의 반도체 검출기(110)에 역바이어스 전압을 인가하는 구성예를 도시하는 도면이다.
도 11은 제1 및 제2 실시 형태에 적용할 수 있는, 전압값 설정 GUI의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 12는 제1 및 제2 실시 형태에 적용할 수 있는, 시료상 전계값 설정 GUI의 구성예를 도시하는 도면이다.
본 실시 형태는, 하전 입자 빔의 초점을 조정하는 대물 렌즈와 전극을 갖고, 검출 신호를 기초로 휘도 화상을 출력하는 하전 입자 빔 시스템에 관한 것이며, 초점 조정에 수반하여 발생하는 시료상 전계의 변동을 보정함으로써, 화상 취득(계측(측장))의 스루풋의 향상을 유지하면서, 고품질의 화상을 취득하는 기술에 대하여 제안한다.
(A) 제1 실시 형태
제1 실시 형태는, 대전 제어 전극을 마련하지 않고 시료상의 전계(전장)의 교란을 보정(제거)하는 기술을 제안한다.
<반도체 계측 시스템의 구성예>
도 1은 본 개시에 의한 반도체 계측 시스템(하전 입자 빔 시스템이라고도 함)(10)의 전체 개략 구성예를 도시하는 도면이다. 반도체 계측 시스템(10)은, 하전 입자선 장치(100)와, 제어 시스템(컴퓨터 시스템이라고도 함)(220)을 구비하고 있다.
하전 입자선 장치(100)는, 전자총(201)과, 얼라이너(202 및 206)와, 콘덴서 렌즈(204 및 207)와, 주사 편향기(208 및 209)와, 대물 렌즈(103)와, 반사 전자 검출기(104)와, 시료대(105)를 구비하고 있다. 또한, 후술하는 제2 실시 형태의 경우, 하전 입자선 장치(100)는, 또한, 대전 제어 전극(106)을 구비하고 있다.
제어 시스템(컴퓨터 시스템)(220)은, 검출기 제어부(120)와, 대물 렌즈 제어부(121)와, 정전 전극 전압 제어부(122)와, 시료대 전압 제어부(123)와, 전자 광학 제어부(221)와, 편향 제어부(231)를 포함하는 주사 제어부(230)와, 화상 처리부(130)와, 제어부(135)와, GUI(Graphical User Interface)(140)를 구비하고 있다.
하전 입자선 장치(100)에 있어서, 전자총(201)은, 1차 전자 빔을 방출한다. 방출된 1차 전자 빔은, 얼라이너(202 및 206), 콘덴서 렌즈(204 및 207), 주사 편향기(208 및 209), 대물 렌즈(103), 반사 전자 검출기(104)를 통과하여 수렴·주사되어 반도체 웨이퍼 등의 시료에 조사된다. 여기서, 대물 렌즈(103)는, 전자 렌즈로 하고 있다.
얼라이너(202 및 206), 콘덴서 렌즈(204 및 207), 주사 편향기(208 및 209), 대물 렌즈(103), 반사 전자 검출기(104)는, 각각, 전자 광학 제어부(221), 주사 제어부(230)의 편향 제어부(231), 대물 렌즈 제어부(121), 및 정전 전극 전압 제어부(122)에 의해 제어된다. 1차 전자 빔의 조사에 기인하여 시료로부터 방출된 신호 전자는, 2차 전자 검출기(107)에 의해 검출되어, 검출기 제어부(120)에서 처리된다. 1차 전자 빔은, 주사 편향기(208 및 209)에 의해 편향되어, 시료의 표면 상을 주사한다. 화상 처리부(130)는, 검출기 제어부(120)의 출력 신호를 주사 편향기(208 및 209)에 인가하는 편향 제어부(231)의 제어 신호에 동기시켜 화상을 생성하고, GUI(140)에 SEM 화상으로서 출력하거나, 화상 처리부(130)에 화상 데이터로서 기억시키거나 하는 것을 가능하게 하고 있다.
시료는, 시료대(105)에 보유 지지된다. 스테이지(도시하지 않음)는, 스테이지 제어부(도시하지 않음)에 의해 이동할 수 있다. 이에 의해, 시료의 시야를 이동하여 표면 상의 원하는 개소를 1차 전자 빔으로 조사하여 SEM 화상을 취득할 수 있다. 또한, 1차 전자 빔의 시야 이동은, 스테이지뿐만 아니라, 시야 이동용의 편향기(도시하지 않음)를 사용하여, 1차 전자 빔을 편향함으로써도 실현할 수 있다.
제어 시스템(220)은, 일반적인 컴퓨터(프로세서, 메모리 등의 기억 디바이스, 마우스나 키보드 등의 입력 디바이스, 디스플레이 등의 출력 디바이스, 통신 디바이스 등을 포함함)에 의해 실현할 수 있다. 제어 시스템(220)의 프로세서가 메모리에 저장되어 있는 각 처리부(검출기 제어부(120)와, 대물 렌즈 제어부(121)와, 정전 전극 전압 제어부(122)와, 시료대 전압 제어부(123)와, 전자 광학 제어부(221)와, 편향 제어부(231)를 포함하는 주사 제어부(230)와, 화상 처리부(130)와, 제어부(135))에 대응하는 각종 프로그램을 당해 메모리로부터 판독하고, 프로세서의 내부 메모리에 당해 프로그램을 전개함으로써 각 처리부를 실현한다. 도 1에서는, 제어 시스템(220)의 프로세서 내부에 실현된 각 처리부의 구성만이 도시되어 있지만, 제어 시스템(220)으로서는, 다른 구성(기억 디바이스, 입력 디바이스, 출력 디바이스, 통신 디바이스 등)도 구비하고 있다.
<2차 전자 및 반사 전자를 검출하는 구성>
도 2는 제1 실시 형태에 의한, 2차 전자 및 반사 전자의 검출을 실현하는 구성예를 도시하는 도면이다.
대물 렌즈 제어부(121)는, 대물 렌즈(103)의 코일 전류를 변화시켜, 1차 전자 빔의 수렴하는 높이 방향의 위치(이하, 초점 위치, 또는 초점 높이라 칭함)를 원하는 초점 상태로 조정한다. 혹은, 정전 전극 전압 제어부(122)는, 정전 전극(반사 전자 검출기(104))의 전압을 변화시켜, 1차 전자 빔의 초점 위치(초점 높이)를 원하는 초점 상태로 조정한다. 여기에서 말하는, 원하는 초점 상태란, 통상, 초점 위치와 시료 표면의 높이가 일치된 상태이지만, 분해능이 최소로 되는 상태의 경우도 있고, 유저가 임의로 설정한 상태의 경우도 있다.
<정전 전극 및 시료대의 위치에 대응하는 정전 포텐셜>
도 3은 정전 전극(반사 전자 검출기(104)) 및 시료대(105)의 각 위치에 대응하는, 계의 정전 포텐셜(축상 전위)을 도시하는 도면이다. 여기에서는, 정전 전극(반사 전자 검출기(104))의 상단의 높이를 z1, 하단의 높이를 z2, 시료대(105)의 상단의 높이를 z5, 하단의 높이를 z6으로 한다. 정전 전극(반사 전자 검출기(104)) 전위 Vd를, 1차 전자 빔의 초점이 원하는 초점 상태로 되도록 설정함과 동시에, 시료상 전계 Es가 미리 설정된 값으로 되도록, 시료대(105) 전위 Vr을 설정함으로써, 대전 제어가 가능해진다. 제1 실시 형태에서는, 시료상 전계 Es는, 정전 전극(반사 전자 검출기(104)) 전위 Vd와 시료대(105) 전위 Vr이 만드는 전계의 중첩이기 때문에, 전위 Vd와 Vr의 함수로서, 전계 Es는 일의로 결정된다.
도 3에 있어서, 실선은 정전 전극(반사 전자 검출기(104))에 전압 인가하지 않는 상태를 나타낸다. 실선의 직선은, 시료 표면에 있어서의 전위의 기울기, 즉, 시료상 전계 Es(시료 표면 z5에 있어서의 전계값)를 나타낸다. 도 3에 있어서, 점선은 정전 전극(반사 전자 검출기(104))에 전압을 인가하여, 1차 전자 빔의 초점을 조정하고, 시료대(105)에 전압 인가하여, 대전을 제어한 상태를 나타낸다. 점선의 직선은, 초점 조정 및 대전 제어 후의 시료 표면에 있어서의 전위의 기울기, 즉, 초점 조정 및 대전 제어 후의 시료상 전계 Es를 나타낸다.
1차 전자 빔의 초점을 조정하기 위해, 정전 전극에 인가되는 전압 Vd가 ΔV만큼 커졌다고 가정한다. 이때, 시료상 전계 Es가 초점 조정 전과 동일하기 위해서는, 시료대(105)의 전압 Vr도 αΔV만큼 크게 할 필요가 있다. 예를 들어, 정전 전극에 100V의 전압을 인가하였을 때, 시료대(105)에도 마찬가지로 100V분의 인가 전압을 변화시킨다. 즉, 시료대(105)에 -40V의 전압이 인가되어 있는 경우에는, +60V에 인가 전압을 변화시키게 된다. 이와 같이, 정전 전극의 전압 Vd를 변화시키는 전후에서 시료상 전계(전장)가 동일하게 되도록 시료대 전압을 설정한다. 또한, 상기 α는, 다른 외란이 있는 경우를 고려한 비례 계수이며, 0 내지 1의 범위의 값을 취한다. 통상은, α 내지 1이 최적값이다. 외란이 있는 경우, 이 외란의 영향을 제거하기 위해, 위치 z5에 있어서의 정전 포텐셜(축상 전위)의 기울기(시료상 전계 Es)가, 정전 전극의 인가 전압을 변화시키는 전후에서 일정해지도록, 최소 제곱법 등을 사용하여 시료대(105)의 인가 전압의 변화량을 결정해도 된다.
(B) 제2 실시 형태
제2 실시 형태는, 시료상 전계의 교란을 제어하기 위해, 대전 제어 전극을 마련한 구성에 대하여 제안한다.
<2차 전자 및 반사 전자를 검출하는 구성>
도 4는 제2 실시 형태에 의한, 2차 전자 및 반사 전자의 검출을 실현하는 구성예를 도시하는 도면이다.
시료대(105) 전위 Vr이 다른 요인(감속 전계(리타딩) 등)으로 제한되는 경우, 제1 실시 형태에서 나타내는 방법을 사용할 수 없다. 리타딩법에 의한 시료 관찰을 행하는 경우, 시료대(105)에는 일정한 전압(고정값)을 인가하므로, 시료대(105)에 인가하는 전압값을 변화시킬 수 없기 때문이다. 그래서, 이와 같은 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 정전 전극(반사 전자 검출기(104))과 시료대(105) 사이에 대전 제어 전극(106)을 배치하고, 정전 전극 전위에 따라서, 시료상 전계 Es가 일정하게 되도록, 대전 제어 전극(106) 전위를 설정한다. 이에 의해, 시료 대전 상태를 일정하게 유지할 수 있게 된다. 여기서, 정전 전극(반사 전자 검출기(104))의 전압을 Vd, 대전 제어 전극(106)의 전압을 Vcc, 시료대(105)의 전압을 Vr로 한다. 제2 실시 형태에서는, 시료상 전계 Es는, 정전 전극(반사 전자 검출기(104)) 전위 Vd, 대전 제어 전극(106) 전위 Vcc, 시료대(105) 전위 Vr이 만드는 전계의 중첩이기 때문에, 전위 Vd, Vcc, Vr 함수로서, 전계 Es는 일의로 결정된다.
도 5는 정전 전극(반사 전자 검출기(104)), 대전 제어 전극(106) 및 시료대(105)의 각 위치에 대응하는, 계의 정전 포텐셜(축상 전위)을 도시하는 도면이다. 도 5에 있어서, 실선(Vd=0V)은 정전 전극(반사 전자 검출기(104))에 전압 인가하지 않는 상태를 나타낸다. 실선의 직선은, 시료 표면에 있어서의 전위의 기울기, 즉, 시료상 전계 Es를 나타낸다. 도 5에 있어서, 점선(Vd=100V)은 정전 전극(반사 전자 검출기(104))에 전압 인가하여, 1차 전자 빔의 초점을 조정한 상태를 나타낸다. 점선의 직선은, 초점 조정 후의 시료 표면에 있어서의 전위의 기울기, 즉, 초점 조정 후의 시료상 전계 Es를 나타낸다. 또한, 도 5에 있어서, 파선(Vd=100V, Vcc=-32V)은 정전 전극(반사 전자 검출기(104))에 전압 인가하여, 1차 전자 빔의 초점을 조정(예를 들어, 시야 이동에 수반하여 초점 조정을 행함)하고, 대전 제어 전극(106)에 전압 인가하여, 시료 표면에 있어서의 대전을 제어한 상태를 나타낸다. 파선의 직선은, 초점 조정 및 대전 제어 후의 시료 표면에 있어서의 전위의 기울기, 즉, 초점 조정 및 대전 제어 후의 시료상 전계 Es를 나타내고 있다. 점선에서는, 시료대(105)에 있어서의 전계(전장)가 정전 전극에 전압을 인가하지 않는 경우(실선)와 비교하여 크게 되어 있음을 알 수 있다. 이것을 보정하기 위해, 대전 제어 전극(106)에 전압 Vcc를 인가한다. 이때의 그래프가 파선으로 나타내어져 있고, 보정 후의 파선의 기울기가 시야 이동 전의 실선 기울기와 거의 동일하게 되어 있음을 알 수 있다.
대전 제어 전극(106)에 인가하는 전압 Vcc를 구하기 위해서는, 다음과 같이 생각한다. 즉, 정전 전극의 상단의 높이를 z1, 하단의 높이를 z2, 대전 제어 전극(106)의 상단의 높이를 z3, 하단의 높이를 z4, 시료대(105)의 상단의 높이를 z5, 하단의 높이를 z6으로 한다. 이때, 정전 포텐셜을 V(z)로 하면, Vd=V(z1)=V(z2), Vcc=V(z3)=V(z4), Vr=V(z5)=V(z6)이 성립한다. 이것을 3차 함수(A1x3+B1x2+C1x+D1)로 피팅을 행한다. 전계는 정전 포텐셜의 미분으로 부여되므로, 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
따라서, 시료상 전계 Es=E(z5)는, 식 (2)로 부여된다.
Figure pat00002
정전 전극 전위 Vd가 ΔVd 변화되었을 때, 시료상 전계 Es가 초점 조정 전과 동일하기 때문에, 대전 제어 전극(106) 전위 Vcc가 ΔVcc 변화된다고 가정한다. 이때, Vd+ΔVd=V(z1), Vd+ΔVd=V(z2), Vcc+ΔVcc=V(z3), Vcc+ΔVcc=V(z4), Vr=V(z5), Vr=V(z6)이 성립한다. 마찬가지로, 3차 함수(A2x3+B2x2+C2x+D2)로 피팅을 행하면, 시료상 전계 Es=E(z5)는, 식 (3)으로 부여된다.
Figure pat00003
그리고, 시료상 전계 Es가 초점 조정 전후에서 동일하다는 가정으로부터, 식 (4)가 성립된다.
Figure pat00004
실제의 알고리즘에서는, ΔVcc를 세세한 스텝으로 변화시키면서, 이 계산 프로세스를 복수회 반복하여, -3A1z5 2-2B1z5-C1과 -3A2z5 2-2B2z5-C2의 차가 최소로 되는 ΔVcc를 탐색하게 된다. 본 실시 형태에서는, 해의 탐색법은 최소 제곱법이지만, 다른 계산 방법을 사용할 수도 있다. 또한, 3차 함수의 경우를 설명하였지만, 이것은 보다 고차의 다항식 함수여도 된다.
<대전 제어 전극(106)의 구성예>
도 6은 대전 제어 전극(106)의 구성예를 도시하는 도면이다. 상술한 바와 같이, 대전 제어 전극(106)은, 시료의 바로 위, 또한 정전 전극의 바로 아래에 배치된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 대전 제어 전극(106)은, 1차 전자 및 2차 전자를 통과시키기 위해 충분히 큰 제1 개구(301)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 애뉼러형 검출기를 사용할 수 있으므로, 이 개구는 원이지만, 개구가 정사각형이어도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
제1 개구(301)의 내경 r은, 정전 포텐셜이 광축 상까지 스며나올 정도로 충분히 작은 필요가 있다. 그렇지 않으면, 대전 제어의 효과가 없기 때문이다. 한편, 1차 전자 빔의 수차에 영향을 미치지 않을 정도로, 또한, 2차 전자의 검출 효율에 영향을 미치지 않을 정도로 제1 개구(301)의 내경 r은 충분히 클 필요가 있다. 대전 제어 전극(106)은, 가공상, 두께 t가 0.1㎜ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 대전 제어 전극(106)의 두께는, 반사 전자 검출기(104)와 시료대(105)의 거리보다도 얇을 필요가 있기 때문에, 두께 t가 2 내지 3㎜ 이하일 필요가 있다.
시뮬레이션으로부터, 대전 제어 전극(106)의 두께 t와 내경 r 사이에는, 최적의 관계가 있고, 0.01≤t/r≤1일 필요가 있다. 도 7에, 다양한 대전 제어 전극(106)의 두께 t에 대한, 내경 r과 축상 전장 E의 관계를 도시한다. 내경 r을 크게 하면, 축상 전장 E가 포화되는 것을 알 수 있다(내경 r=3㎜일 때 참조). 이것은, 2차 전자는 개구 중심을 통과하므로, 대전 제어 전극(106)과 광축의 거리가 커지면, 대전 제어의 효과가 없는 것을 나타내고 있다.
도 8은 대전 제어 전극(106)의 두께 t/대전 제어 전극(106)의 내경 r과 축상 전장 E의 관계를 도시하는 도면이다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 대전 제어 전극(106)이 시료에 너무 가까워지면, 반대로, 대전 제어의 효과가 얻어지지 않는다. 이상적으로는, 곡선의 극소점(t/r 내지 1 부근)에서 가장 높은 효과가 얻어진다. 이것으로부터, t/r≤1이 유도된다. 단, 두께가 매우 얇은 경우(t<0.1), t 내지 r<0.1에서는 문제가 있다. 왜냐하면, r>0.5가 아니면, 1차 전자 빔과 간섭해버리기 때문이다. 따라서, 최대 효과는 얻어지지 않지만, 그의 30％ 정도 이상의 효과가 얻어지는 경우를 가(可)하다고 판정하면, 0.01≤t/r이 유도된다.
반사 전자 검출기(104)의 바로 아래에 대전 제어 전극(106)을 배치하지만, 도 6에 도시한 바와 같이, 대전 제어 전극(106)은, 반사 전자를 통과시키기 위한 제2 개구(302)를 갖는다. 제2 개구(302)는, 반사 전자의 검출 효율에 영향을 미치지 않을 정도로 클 필요가 있다. 왜냐하면, 대전 제어 전극(106)에는 정(부) 전압이 인가되기 때문에, 반사 전자를 가속(감속)시켜 버리면 밝기가 과대하게, 혹은 과소하게 평가되어 버리기 때문이다. 이것은, 신틸레이터의 발광 특성(단결정의 경우, 광량은 입사 전자의 가속 전압에 비례)을 생각하면 이해된다. 또한, 제2 개구(302)는 메쉬 형상이며, 격자 형상이어도, 하니컴 형상이어도 되지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 시뮬레이션으로부터, 반사 전자의 검출 효율에 영향을 미치지 않기 위해서는, 메쉬의 직경이 2㎜ 이상일 필요가 있다. 격자 형상 또는 하니컴 형상의 경우에는, 그 긴 직경, 즉, 가장 거리가 먼 점과 점의 간격이 2㎜ 이상일 필요가 있다. 또한, 시료대(105)와 대전 제어 전극(106)의 거리를 L, 저각 반사 전자의 출사각, 즉 반사 전자와 시료면이 이루는 각을 θ, 제2 개구부(전체)의 외경을 R로 하면, 저각 반사 전자를 놓치지 않기 위해서는, R>L×tan(90°-θ)의 관계를 충족할 필요가 있다. θ=30° 정도까지의 저각 반사 전자를 놓치지 않기 위해서는, 도 6과 같이 제2 개구부의 외경 R이 2㎜ 이상 필요로 된다.
(C) 제1 및 제2 실시 형태의 양쪽에 적용 가능한 구성
<반도체 검출기의 이용>
제1 및 제2 실시 형태에서는, 대물 렌즈(103)와 시료대(105) 사이에 마련되는 반사 전자 검출기(104)로서 예를 들어 ET(Everhart Thornley) 검출기를 사용할 수 있지만, 반사 전자 검출기(104)로서 반도체 검출기(110)를 사용해도 된다. 도 9는, 반도체 검출기(110)를 대물 렌즈(103)와 시료대(105) 사이에 배치한 구성예를 도시하는 도면이다.
반도체 검출기(110)는, 예를 들어 신틸레이터, 라이트 가이드, 반도체 소자(pn형, pnp형, npn형, SiPM, SDD 등)로 구성되어 있기 때문에, 정전 전압을 직접 인가하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 도전재 하우징(108) 및 신틸레이터면 도전재 코팅(109)을 추가하여, 정전 초점 보정을 행하도록 한다. 이와 같은 경우도, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서, 반사 전자 검출기(104)로서 반도체 검출기(110)를 사용하고, 정전 전극을 도전재 하우징(108) 및 신틸레이터면 도전재 코팅으로 치환함으로써, 대전 제어가 가능해진다. 여기에서는, 반사 전자 검출기(104)를 반도체 검출기(110)로 치환하고, 반도체 검출기(110)를 수용하는 도전재 하우징(108) 및 신틸레이터면 도전재 코팅으로 정전 전극을 치환하고 있다. 이 때문에, 제1 실시 형태에 있어서 반도체 검출기(110)를 사용하는 경우에는, 도전재 하우징(108) 및 신틸레이터면 도전재 코팅으로 인가 전압을 변화시키면, 시료대(105)에 대한 인가 전압도 그것에 맞추어 변화시키게 된다. 또한, 제2 실시 형태에 있어서 반도체 검출기(110)를 사용하는 경우, 도전재 하우징(108) 및 신틸레이터면 도전재 코팅으로 인가 전압을 변화시키면, 대전 제어 전극(106)에 대한 인가 전압도 그것에 맞추어 변화시키게 된다(상술한 바와 같이 커브 피팅으로 최적 인가 전압을 구한다).
<반사 전자 검출기(104)에 전압을 인가하는 경우>
제1 및 제2 실시 형태, 또한 반사 전자 검출기(104)로서 반도체 검출기(110)를 사용하는 형태에서는, 정전 전극(반사 전자 검출기(104)) 혹은 도전재 하우징 및 신틸레이터면 도전재 코팅에 전압을 인가하여, 정전 초점 보정을 행하는 것을 전제로 하고 있다. 그러나, 그 밖에도, 반사 전자 검출기(104)에 전압을 인가하는 경우가 있다. 도 10은 반사 전자 검출기(104)로서의 반도체 검출기(110)에 역바이어스 전압을 인가하는 구성예를 도시하는 도면이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 대물 렌즈(103)와 시료대(105) 사이에 설치해야 할 반사 전자 검출기(104)로서 반도체 검출기(110)(pn형, SiPM 등)를 사용하는 경우, 일반적으로, 응답성과 S/N 향상을 목적으로 하여, PN 접합에 역바이어스 전압이 인가된다. 역바이어스 전압의 크기는, 기껏해야 10V 내지 100V 정도이지만, 역바이어스 전위와 GND 사이에서 접속을 전환하여 사용되는 경우가 있다. 그렇다고 하는 것은, 애뉼러형 반도체 소자의 내경이 충분히 크지 않은 경우, 역바이어스 전압은 1차 전자의 에너지나 궤도(틸트), 수차에 영향을 미치기 때문에, S/N을 희생시켜도, GND 접속으로 하는 경우가 있다. 이 전환에 의해, 시료상 전계가 변동된다고 생각된다. 그래서, 상술한 제1 혹은 제2 실시 형태의 동작에 의해, 시료상의 대전을 제어할 수 있어, 시료상의 전계의 변동을 보정할 수 있다.
<GUI의 구성예>
(i) 전압값 설정 GUI의 구성예
도 11은 제1 및 제2 실시 형태에 적용할 수 있는, 전압값 설정 GUI의 구성예를 도시하는 도면이다.
계측 시에 ABCC 기능을 ON으로 하는 경우(화상 콘트라스트 자동 조정(1101) 및 화상 밝기 조정(1102)을 선택하는 경우), 콘트라스트(1103) 및 브라이트니스(1104)의 값의 자동 조정 표시가 이루어지고, 이들이 자동으로 조정된다. ABCC 기능이 ON일 때는, 시료대(105)나 대전 제어 전극(106)을 변화시켜도 유저가 보기 쉬운 밝기나 콘트라스트로 자동적으로 조정되어 버린다. 따라서, 시료가 대전(차지 업)되어도 화상 상에서 변화를 인식할 수 없다.
그래서, ABCC 기능을 OFF로 하고(화상 콘트라스트 자동 조정(1101) 및 화상 밝기 조정(1102)의 체크를 제거함), 대전 제어 기능을 ON(정전 AF(1105) 및 대전 제어(1106)에 체크를 함)으로 한다. 그렇게 하면, 시료대(대전 제어 전극) 전압값 조정 표시(1107)로 전환되도록 되어 있다. GUI(도 11)에 있어서, 0-65535는 16비트의 DAC를 나타내고 있으며, 16비트의 분해능으로 전압값을 설정할 수 있도록 구성되어 있다. 제1 실시 형태에서는 0일 때 시료대(105)의 전압이 최소로 되고, 65535일 때 시료대(105)의 전압이 최대로 된다. 제2 실시 형태에서는 0일 때 대전 제어 전극(106)의 전압이 최소로 되고, 65535일 때 대전 제어 전극(106)의 전압이 최대로 된다. 이와 같은 GUI를 도입함으로써, 유저는, 화상 밝기·콘트라스트 자동 조정 기능이 작동하지 않는 상태에서, 화상을 보면서, 적당한 전압값을 설정할 수 있게 된다. 구체적으로는, 시료대(대전 제어 전극) 전압값 조정 표시(1107)에 있어서 설정 전압값을 조정하면 2차 전자의 복귀가 조정되어, 시료대(105)의 대전량이 제어된다. 시료대(105)의 대전량을 제어함으로써, 얻어지는 화상의 명암이 변화되므로, 유저는 원하는 밝기의 화상을 선택하는 것이 가능해진다.
(ii) 시료상 전장(전계)값 설정 GUI의 구성예
도 12는 제1 및 제2 실시 형태에 적용할 수 있는, 시료상 전계값 설정 GUI의 구성예를 도시하는 도면이다.
ABCC 기능을 OFF로 하고(화상 콘트라스트 자동 조정(1101) 및 화상 밝기 조정(1102)의 체크를 제거함), 대전 제어 기능을 ON(정전 AF(1105) 및 대전 제어(1106)에 체크를 함)으로 한다. 그렇게 하면, 콘트라스트(1103) 및 브라이트니스(1104)의 값 자동 조정의 표시는, 시료상 전장(전계) 조정 표시(1201)로 전환된다. 도 12에 있어서, 0-65535는 16비트의 DAC를 나타내고 있으며, 16비트의 분해능으로 전장(전계)값을 설정할 수 있도록 구성되어 있다. 제1 및 제2 실시 형태에 있어서, 전장값 0으로 설정하면, 시료상 전계는 최소(제로)가 된다. 한편, 전장 값 65535로 설정하면, 시료상 전계가 최대로 된다. 이와 같이 GUI를 구성함으로써, 유저는, 화상 밝기·콘트라스트 자동 조정 기능이 작동하지 않는 상태에서, 화상을 보면서, 적당한 시료상 전계를 설정할 수 있다.
<초점 보정 동작에 대하여>
(i) 통상의(종래예에 의한) 초점 보정 동작
통상(대전 제어 플로가 없는 경우)의 대물 렌즈(103)와 정전 전극을 병용한 초점 보정의 전형적인 수순을 설명한다. 먼저, 스테이지를 사용하여, 시야를 관찰하고 싶은 샘플 위치로 이동시킨다. 이때, 관찰 위치가 변하기 때문에, 샘플 높이도 크게 변하게 된다. 초점 보정량도 커지므로, 개략 조정에 적합한 대물 렌즈(103)에 의한 초점 조정이 행해진다. 개략 조정 후에는, 정전 초점 보정이 실행된다. 일단 개략 조정이 완료되면, 이후의 미세 조정에는 고속의 정전 초점 보정을 사용하는 쪽이, 스루풋의 향상에 기여하기 때문이다.
또한, 가속 전환이나 이미지 시프트에 의한 시야 이동을 행한 경우도, 크게 초점은 변하지 않는다. 이 때문에, 통상, 정전 초점 보정이 개략 조정에 우선하여 행해진다. 단, 그다지 초점이 변하지 않는다고는 하지만, 정전 전극의 전압값으로 환산하면, 100V 정도 인가 전압이 변할 수 있다. 이에 의해, 시료상 전계는, 10V/㎜ 정도 변동되는 경우도 있다. 이것은, 2차 전자상과 같은 대전에 영향을 받기 쉬운 화상의 상질을 변화시키는 데 충분한 변동이다. 따라서, 통상의 초점 보정 동작을 실행한 것만으로는 양호한 화상을 얻는 것은 곤란하다.
(ii) 본 개시에 의한 초점 보정 동작
이에 반해, 본 개시에 의한 대전 제어 방식의 플로에서는, 대물 렌즈(103)에 의한 개략 조정과 정전 초점 보정에 의한 미세 조정이 완료된 단계에서, 유저는 화질을 보면서, GUI(도 11 혹은 도 12 참조)로 적당한 대전 상태 파라미터를 설정한다. 도 11의 경우, 이 대전 상태 파라미터는 전압값이다. 도 12의 경우, 이 대전 상태 파라미터는 시료상 전계(전장)이다. 어느 경우도, 시료대(105) 또는 대전 제어 전극(106)과 정전 전극(반사 전자 검출기(104))의 전압을 제어 시스템(컴퓨터 시스템)(220)이 도시하지 않은 메모리(기억 디바이스)에 기억하고, 시료상 전계를 계산하여 그것을 메모리에 기억한다. 제어 시스템(220)은, 가속 전환이나 이미지 시프트에 의한 시야 이동에 수반하여 정전 전극으로 초점 보정을 행하면, 시료상 전계가 메모리에 기억된 계산값에 일치하도록, 시료대(105) 또는 대전 제어 전극(106)의 전위를 설정한다.
(D) 정리
(i) 본 실시 형태에서는, 하전 입자 빔 시스템을 구성하는 제어 시스템(컴퓨터 시스템)은, 하전 입자선 장치에 있어서의, 시료에 조사하는 하전 입자 빔의 초점을 조정하는 반사 전자 검출기에 인가하는 전압의 변화(초점 조정 시의 인가 전압의 변화)에 대응하여, 시료상의 전계값을 조정한다. 이와 같이, 시료상의 전계값이 조정되므로, 취득되는 시료 화상도 원하는 밝기로 되도록 조정할 수 있다(화질의 향상). 본 실시 형태에서는, 이 시료상의 전계값의 조정의 양태로서, 제1 실시 형태에 의한 방법과, 제2 실시 형태에 의한 방법이 제안되어 있다.
(ii) 제1 실시 형태에서는, 제어 시스템은, 시료대에 인가하는 전압을 제어함으로써, 시료상의 전계값을 조정한다. 보다 구체적으로는, 반사 전자 검출기는, 대물 렌즈의 주면의 위치에 배치된다. 이때, 제어 시스템은, 초점을 원하는 초점 상태로 조정하도록 반사 전자 검출기에 인가하는 전압을 제어하고, 시료상의 전계를 미리 설정된 값으로 조정하도록, 시료대에 인가하는 전압을 제어한다. 이와 같이, 매우 간이한 방법으로 화질 및 스루풋의 향상을 실현할 수 있다.
(iii) 제2 실시 형태에서는, 하전 입자선 장치에는, 반사 전자 검출기와 시료대 사이에 대전 제어 전극이 배치된다. 그리고, 제어 시스템은, 반사 전자 검출기에 인가하는 전압의 변화에 대응하여, 대전 제어 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 시료상의 전계값을 조정한다. 보다 구체적으로는, 반사 전자 검출기는, 대물 렌즈의 주면의 위치에 배치된다. 이때, 제어 시스템은, 초점을 원하는 초점 상태로 조정하도록 반사 전자 검출기에 인가하는 전압을 제어하고, 이것에 대응하여 시료상의 전계를 미리 설정된 값으로 조정하도록, 대전 제어 전극에 인가하는 전압을 제어한다. 리타딩 전압 등, 고정 전압을 시료대에 인가하는 경우에는, 제1 실시 형태의 방법을 채용할 수는 없지만, 제2 실시 형태와 같이 대전 제어 전극을 설치하고, 이에 의해 시료상의 전계값을 조정함으로써, 리타딩 전압 인가에 영향을 미치지 않고, 화질의 향상을 실현할 수 있게 된다.
(iv) 제1 및 제2 실시 형태에 공통으로 적용 가능한 구성으로서, 반사 전자 검출기를, 반도체형으로 정전 초점 보정을 위한 전압 인가가 가능한 구조를 갖는 검출기로 할 수 있다. 또한, 반사 전자 검출기를 반도체형으로 하였을 때, 제어 시스템은, 반사 전자 검출기에 포함되는 검출기 소자에 인가하는 역바이어스 전압을 항복 전압 또는 GND 사이에서 전환하여 동작을 행하고, GND로 전환하였을 때는, 시료상의 전계를 미리 설정된 값으로 조정하도록, 시료대 혹은 대전 제어 전극에 인가하는 전압을 제어하도록 해도 된다.
또한, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서, 제어 시스템은, 디스플레이(도시하지 않음)의 화면 상에, 시료대 혹은 대전 제어 전극에 인가하는 전압값을 설정하기 위한 GUI를 출력하고, GUI 상에서 설정된 전압값(오퍼레이터가 지정 가능)에 따라서, 시료상의 전계를 조정하도록 해도 된다. 변형예로서, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서, 제어 시스템은, 디스플레이의 화면 상에, 시료상의 전계값을 설정하기 위한 GUI를 출력하고, GUI 상에서 설정된 전계값(오퍼레이터가 지정 가능)에 따라서, 시료대 혹은 대전 제어 전극에 인가하는 전압값을 제어하여, 시료상의 전계를 조정하도록 해도 된다.
또한, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서, 제어 시스템은, 반사 전자 검출기의 인가 전압에 대응하는 시료상의 전계값의 정보를 유지(도시하지 않은 메모리에 유지)하고, 반사 전자 검출기의 인가 전압이 변화되었을 때 당해 인가 전압에 대응하는 시료상의 전계값의 정보를 상기 메모리로부터 취득하고, 시료상의 전계가 취득한 전계값으로 되도록 시료대 혹은 대전 제어 전극에 인가하는 전압을 설정하도록 해도 된다. 이에 의해 파라미터 설정이 단순해져, 용이하게 화질 및 스루풋 향상을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서, 대전 제어 전극은, 두께가 반사 전자 검출기와 시료대의 거리보다 작고, 제1 개구와, 메쉬 형상의 제2 개구를 갖도록 구성할 수 있다. 또한, 시료대와 대전 제어 전극의 거리를 L, 반사 전자와 시료면이 이루는 각도를 θ, 제2 개구부의 외경을 R로 하면, R>L×tan(90°-θ)의 관계를 충족하도록 대전 제어 전극을 구성하도록 할 수 있다.
(v) 본 개시의 실시 형태의 기능은, 소프트웨어의 프로그램 코드에 의해서도 실현할 수 있다. 이 경우, 프로그램 코드를 기록한 기억 매체를 시스템 혹은 장치에 제공하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터(또는 CPU나 MPU)가 기억 매체에 저장된 프로그램 코드를 판독한다. 이 경우, 기억 매체로부터 판독된 프로그램 코드 자체가 전술한 실시 형태의 기능을 실현하게 되고, 그 프로그램 코드 자체, 및 그것을 기억한 기억 매체는 본 개시를 구성하게 된다. 이와 같은 프로그램 코드를 공급하기 위한 기억 매체로서는, 예를 들어 플렉시블 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 하드 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, CD-R, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM 등이 사용된다.
또한, 프로그램 코드의 지시에 기초하여, 컴퓨터 시스템 상에서 가동되고 있는 OS(오퍼레이팅 시스템) 등이 실제의 처리의 일부 또는 전부를 행하고, 그 처리에 의해 전술한 실시 형태의 기능이 실현되도록 해도 된다. 또한, 기억 매체로부터 판독된 프로그램 코드가, 컴퓨터 시스템 상의 메모리에 기입된 후, 그 프로그램 코드의 지시에 기초하여, 컴퓨터의 CPU 등이 실제의 처리 일부 또는 전부를 행하고, 그 처리에 의해 전술한 실시 형태의 기능이 실현되도록 해도 된다.
또한, 실시 형태의 기능을 실현하는 소프트웨어의 프로그램 코드를, 네트워크를 통해 배신함으로써, 그것을 시스템 또는 장치의 하드 디스크나 메모리 등의 기억 수단 또는 CD-RW, CD-R 등의 기억 매체에 저장하고, 사용 시에 그 시스템 또는 장치의 컴퓨터(또는 CPU나 MPU)가 당해 기억 수단이나 당해 기억 매체에 저장된 프로그램 코드를 판독하여 실행하도록 해도 된다.
또한, 여기에서 설명한 프로세스 및 기술은 본질적으로 어떠한 특정 장치에 관련되는 것은 아니고, 컴포넌트의 어떠한 상응하는 조합에 의해서도 실장할 수 있다. 또한, 범용 목적의 다양한 타입의 디바이스가 여기에서 기술한 교수에 따라서 사용 가능하다. 여기에서 설명한 기능을 실행하기 위해, 전용의 장치를 구축해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소를 적절히 조합하도록 해도 된다. 예를 들어, 실시 형태에 나타내어지는 전체 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 다른 실시 형태에 관한 구성 요소를 적절히 조합해도 된다. 본 개시에서는, 구체예에 입각하여 설명하고 있지만, 이들은, 모든 관점에 있어서 한정을 위한 것이 아니라 설명을 위해서이다. 본 분야에 스킬이 있는 자에게는, 본 개시를 실시하는 데 상응하는 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 다수의 조합이 있음을 알 것이다. 예를 들어, 기술한 소프트웨어는, 어셈블러, C/C++, perl, Shell, PHP, Java(등록 상표) 등의 광범위한 프로그램 또는 스크립트 언어로 실장할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 모든 구성이 서로 접속되어 있어도 된다.
더하여, 본 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 자에게는, 본 개시의 그 밖의 실장이 여기에 개시된 본 개시의 명세서 및 실시 형태의 고찰로부터 명백해진다. 기술된 실시 형태의 다양한 양태 및/또는 컴포넌트는, 단독 또는 어떠한 조합으로도 사용할 수 있다. 명세서와 구체예는 전형적인 것에 지나지 않고, 본 개시의 범위와 정신은 후속하는 특허청구범위에서 나타내어진다.
10: 반도체 계측 시스템(하전 입자 빔 시스템)
100: 하전 입자선 장치
101: 챔버
102: 부스터
103: 대물 렌즈
104: 반사 전자 검출기
105: 시료대
106: 대전 제어 전극
107: 2차 전자 검출기
108: 도전재 하우징
109: 신틸레이터면 도전재 코팅
201: 전자총
202: 제1 얼라이너
203: 비점 보정기
204: 제1 콘덴서 렌즈
205: 대물 가동 조리개
206: 제2 얼라이너
207: 제2 콘덴서 렌즈
208: 제1 주사 편향기(주사 편향 코일)
209: 제2 주사 편향기(주사 편향 코일)
120: 검출기 제어부
121: 대물 렌즈 제어부
122: 정전 전극 전압 제어부
123: 시료대 전압 제어부
124: 대전 제어 전극 제어부
130: 화상 처리부
135: 제어부
140: GUI
220: 제어 시스템(컴퓨터 시스템)
221: 전자 광학 제어부
230: 주사 제어부
231: 편향 제어부
301: 제1 개구
302: 제2 개구

Claims (16)

  1. 하전 입자선 장치와, 당해 하전 입자선 장치를 제어하는 컴퓨터 시스템을 구비하는 하전 입자 빔 시스템이며,
    상기 하전 입자선 장치는, 대물 렌즈와, 시료대와, 상기 대물 렌즈와 상기 시료대 사이에 배치되며, 시료에 조사하는 하전 입자 빔의 초점을 조정하는 반사 전자 검출기를 구비하고,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 전압의 변화에 대응하여, 시료상의 전계값을 조정하는 하전 입자 빔 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 시료대에 인가하는 전압을 제어함으로써, 상기 시료상의 전계값을 조정하는 하전 입자 빔 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사 전자 검출기는, 상기 대물 렌즈의 주면의 위치에 배치되고,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 초점을 원하는 초점 상태로 조정하도록 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 전압을 제어하고, 상기 시료상의 전계를 미리 설정된 값으로 조정하도록, 상기 시료대에 인가하는 전압을 제어하는 하전 입자 빔 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하전 입자선 장치는, 또한, 상기 반사 전자 검출기와 상기 시료대 사이에 배치된 대전 제어 전극을 구비하고,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 전압의 변화에 대응하여, 상기 대전 제어 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 상기 시료상의 전계값을 조정하는 하전 입자 빔 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사 전자 검출기는, 상기 대물 렌즈의 주면의 위치에 배치되고,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 초점을 원하는 초점 상태로 조정하도록 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 전압을 제어하고, 상기 시료상의 전계를 미리 설정된 값으로 조정하도록, 상기 대전 제어 전극에 인가하는 전압을 제어하는 하전 입자 빔 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사 전자 검출기는 반도체형이며, 정전 초점 보정을 위한 전압 인가가 가능한 구조를 갖는 검출기인 하전 입자 빔 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사 전자 검출기는 반도체형이며,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 반사 전자 검출기에 포함되는 검출기 소자에 인가하는 역바이어스 전압을 항복 전압 또는 GND 사이에서 전환하고, 상기 시료상의 전계를 미리 설정된 값으로 조정하도록, 상기 시료대에 인가하는 전압을 제어하는 하전 입자 빔 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 반사 전자 검출기는 반도체형이며,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 반사 전자 검출기에 인가하는 역바이어스 전압을 항복 전압 또는 GND 사이에서 전환하고, 상기 시료상의 전계를 미리 설정된 값으로 조정하도록, 상기 대전 제어 전극에 인가하는 전압을 연동하여 제어하는 하전 입자 빔 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 시료대에 인가하는 전압값을 설정하기 위한 GUI를 출력하고, 상기 GUI 상에서 설정된 전압값에 따라서, 상기 시료상의 전계를 조정하는 하전 입자 빔 시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 대전 제어 전극에 인가하는 전압값을 설정하기 위한 GUI를 출력하고, 상기 GUI 상에서 설정된 전압값에 따라서, 상기 시료상의 전계를 조정하는 하전 입자 빔 시스템.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 시료상의 전계값을 설정하기 위한 GUI를 출력하고, 상기 GUI 상에서 설정된 전계값에 따라서, 상기 시료대에 인가하는 전압값을 제어하여, 상기 시료상의 전계를 조정하는 하전 입자 빔 시스템.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 시료상의 전계값을 설정하기 위한 GUI를 출력하고, 상기 GUI 상에서 설정된 전계값에 따라서, 상기 대전 제어 전극의 인가 전압을 제어하여, 상기 시료상의 전계를 조정하는 하전 입자 빔 시스템.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 반사 전자 검출기의 인가 전압에 대응하는 상기 시료상의 전계값의 정보를 유지하고, 상기 반사 전자 검출기의 인가 전압이 변화되었을 때 당해 인가 전압에 대응하는 상기 시료상의 전계값의 정보를 취득하고, 상기 시료상의 전계가 상기 취득한 전계값으로 되도록 상기 시료대에 인가하는 전압을 설정하는 하전 입자 빔 시스템.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은, 상기 반사 전자 검출기의 인가 전압에 대응하는 상기 시료상의 전계값의 정보를 유지하고, 상기 반사 전자 검출기의 인가 전압이 변화되었을 때 당해 인가 전압에 대응하는 상기 시료상의 전계값의 정보를 취득하고, 상기 시료상의 전계가 상기 취득한 전계값으로 되도록 상기 대전 제어 전극에 인가하는 전압을 설정하는 하전 입자 빔 시스템.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 대전 제어 전극은, 두께가 상기 반사 전자 검출기와 상기 시료대의 거리보다 작고, 제1 개구와, 메쉬 형상의 제2 개구를 갖고,
    상기 시료대와 상기 대전 제어 전극의 거리를 L, 반사 전자와 시료면이 이루는 각도를 θ, 상기 대전 제어 전극의 개구부 전체의 외경을 R로 하면, R>L×tan(90°-θ)의 관계를 충족하는 하전 입자 빔 시스템.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 대전 제어 전극은, 1차 전자 빔 및 상기 시료로부터의 2차 전자가 통과하는 개구를 갖고,
    상기 대전 제어 전극의 두께를 t, 상기 개구의 내경을 r로 하면, 당해 두께 t 및 내경 r은, 0.01≤t/r≤1의 관계를 충족하는 하전 입자 빔 시스템.
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